TURBÓ-REAKTÍV HAJTÓMŰVEK ( TRHm )

Turbó-reaktívnak nevezzük azokat a gázturbinás hajtóműveket, amelyeknél a turbina tágulási munkája megegyezik a kompresszor sűrítési munkájával és a körfolyamat munkája teljes mértékben a gázsugár kinetikai energiájának növelésére fordítódik.

A következő részekből áll: levegő bevezető berendezés I, kompresszor II, égőtér III, gázturbina IV, reaktív fúvócső V. A turbó-reaktív hajtóművekben a működési folyamat az egyes részegységekben szünetmentes, folyamatos.

Repülés közben a beömlő csatornában a levegő elősűrítésen esik át, mivel az áramló levegő kinetikai energiája a potenciális nyomás energiává alakul át. Földön ( pl. próbapadon vagy kis sebesség mellett ) a beömlő csatornában felgyorsul a levegő, aminek az eredménye képen a nyomása és hőmérséklete lecsökken. A kompresszor „ bejáratánál ” a levegő sebessége elérheti a 150…200m/sec értéket, míg a statikus nyomás és a hőmérséklet kevesebb a zavartalan áramláshoz képest. A nyomás 15…20%-al, a hőmérséklet 10…20 Celsius fokkal kevesebb.
A kompresszorban végbe megy a levegő sűrítése ( az ábrán 1–2 ). A tényleges körfolyamatban a hő hatására – ami megegyezik a hidraulikus ellenállás leküzdésére fordított munkával – a sűrítési folyamat ( H–1–2 ) politropikus ( valóságos ).

A kompresszor egyik legfontosabb paramétere a nyomásnövelési tényező, a ( Pi )k*, mely megmutatja a kompresszor előtti és utáni nyomások viszonyát. A mai hajtóműveknél ez az érték nagyon változó lehet ( 5…20 ). Ezzel összefüggésben a kompresszor utáni gázhő meghaladhatja a 200…450 Celsius fokot. A levegő sebessége a kompresszor végén 100…130 m/sec.

Az égőtérben az áramló levegőhöz folyamatosan tüzelőanyagot spriccelnek, mely elégetésével hő keletkezik ( 2–3 folyamat ). Az égőtér utáni gázok hőmérséklete eléri a 1100…1500K fokot. Az égőtérben a hidraulikus ellenállás és hőközlés hatására lefékeződött levegő nyomása 3…8 %-al csökken. A statikus nyomás tovább csökken, mert az égőtérben a gáz sebessége megnő.
Az égőtérben a levegőnek csak kis hányada vesz részt a közvetlen égési folyamatban. A magas hőmérséklet ( 2300…2400 K ) biztosítja a tüzelőanyag teljes és gyors elégetését. A levegő maradék, nagyobb része folyamatosan keveredik az égéstermékekkel, melynek során a maradék tüzelőanyag részecskék is elégnek, illetve csökken a gázok hőmérséklete addig az értékig, amit már gázturbina lapátjai el tudnak viselni. A levegő ezen kívül hűti még a hajtómű egyéb forró részeit is.
Az égőtér után a nagy entalpiával ( belső energia és a nyomás potenciális energiája ) rendelkező gázok belépnek a gázturbinába, ahol végbemegy a kitágulása. A kitágulási folyamat ( a rajzon 3–4 ) a hidraulikus ellenállás miatt politropikus ( valóságos ).

A turbóreaktív hajtóműben a turbinában végbemenő tágulási munka a kompresszor és a segédberendezések meghajtására, illetve a mechanikai veszteségek leküzdésére fordítódik. A két utolsó „ fogyasztó ” a turbina teljesítményének max. 1%-t igényli.
A turbinában kitágult égéstermékek kilépési hőmérséklete eléggé magas ( 700…1000 K ). A nyomása jelentősen meghaladja a környezeti nyomást. A gáz további tágulása a reaktív fúvócsőben megy végbe ( rajzon 4–5 ). Ebben a folyamatban a tágulási munka teljes mértékben a gáz kinetikai energiájának növelésére fordítódik. Ennek eredménye képen a fúvócsőből kilépő gázok sebessége 600…700 m/sec.

A modern TRHm-nél a nyomásváltozás a reaktív fúvócsőben közel van a kritikushoz, aminek következtében a kilépő gázok sebessége a helyi hangsebességhez nagyon közeli. Nagy repülési sebességeknél a fúvócsőben létrejövő nyomásváltozás jelentősen meghaladja a kritikus értéket. Ezért a hangsebesség feletti repülésre szolgáló hajtóművek fúvócsövét szuperszonikusra kell ( Lavale fúvóka ) tervezni.

A TRHm tolóereje nem más, mint a reaktív fúvócsőből kilépő gáz reakcióereje. Minél nagyobb a gáz sebessége és a másodpercenként átáramló gáz tömege, annál nagyobb a hajtómű tolóereje.

( Folytatjuk! )